Anwendungsgebiet der Erfindung
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter, genauer gesagt
auf einen Niederspannungs-Leistungsschalter oder einen Motorschutzschalter mit verbesserten
Funktionen und Eigenschaften.
Hintergrund der Erfindung
[0002] In industriellen Niederspannungsanlagen, bei denen starke Ströme und deshalb große
Leistungen auftreten, werden üblicherweise spezielle Vorrichtungen eingesetzt, die
man im Branchenjargon als Sicherungsautomaten bezeichnet.
[0003] Die besagten Leistungsschalter sind für bestimmte Leistungsmerkmale ausgelegt, die
für den einwandfreien Betrieb des zu schützenden Stromversorgungskreises und der angeschalteten
Lasten erforderlich sind.
[0004] Im Einzelnen schützen sie die Lasten vor außergewöhnlichen Vorkommnissen, wie Störfälle
durch Kurzschlüsse oder Überlastungen, indem sie die besagten Stromversorgungskreise
auftrennen; sie ermöglichen außerdem das korrekte Anschließen und Abtrennen von Lasten
am bzw. vom Speisekreis; sie stellen sicher, dass der Nennstrom der verschiedenen
angeschlossenen Abnehmer dem erforderlichen Wert entspricht und ermöglichen über einen
handbetriebenen Betätigungshebel des genannten Leistungsschalters die Trennung der
beweglichen Kontakte von den festen Kontakten, um eine Last von der Stromquelle vollständig
zu trennen und dann den geschützten Stromkreis abzutrennen. Diese Leistungsschalter
sind dafür ausgelegt, diese Funktion und andere Leistungsmerkmale für die bestimmungsgemäße
Betriebslebensdauer sicherzustellen; im Einzelnen sehen die anwendbaren Normen vor,
dass die Hersteller für die Leistungsschalter eine mechanische Lebensdauer definieren,
verstanden als die Anzahl der Öffnungs-/Schließvorgänge, die unter Nennstrombelastung
durchgeführt werden können.
[0005] Gegenwärtig gibt es mehrere konstruktive Lösungen für Niederspannungs-Leistungsschalter,
bei denen in der Regel eines der folgenden zwei Verfahren der Stromkreisauftrennung
zur Anwendung kommt: Das eine ist die luftisolierte Auftrennung, bei der die Kontakte
in der Luft bei Raumtemperatur und Raumdruck geschlossen und geöffnet werden; beim
zweiten, als Vakuumschaltung bezeichneten Verfahren, erfolgt das Schließen und Öffnen
unter Vakuum. Bei beiden Trennverfahren finden die Öffnungs-/Schließvorgänge über
geeignete Schaltvorrichtungen statt, die mit den beweglichen Kontakten der Leistungsschalter
verbunden sind und die erforderliche Energie abliefern, um die genannten beweglichen
Kontakte zu bewegen und um deren Verbindung/Trennung mit den entsprechenden festen
Kontakten herzustellen.
[0006] Für jeden Pol besteht das Kontaktsystem üblicherweise aus einem Kontaktarm in einem
Schaltergehäuse mit einer Vorrichtung zur Herstellung der "Schließstellung" des Kontaktsystems
vor dem Überschreiten des Unterbrechungspunkts, bzw. zur Herstellung der "Offenstellung"
des Kontaktsystems danach. Der Vorgang des Öffnens des Leistungsschalters kann von
Hand, von einem Schaltschloss oder mittels elektrodynamisch veranlassten Öffnungskraft
veranlasst sein.
Beschreibung des Stands der Technik
[0007] Beim gegenwärtigen Stand der Technik bestehen die Schaltvorrichtungen im Allgemeinen
aus mechanischen Schaltsystemen mit geeigneten Federkraftsystemen. Ein solches System
ist beispielsweise aus der
EP 0 867 903 A2 bekannt. Das Zusammenwirken besagter Schaltvorrichtungen mit den üblichen Unterbrechungsverfahren
ermöglicht zwar die angemessene Ausführung alle erforderlichen Funktionen des Leistungsschutzschalters,
ist aber in jedem Fall mit einigen Nachteilen verbunden.
[0008] Aus der
DE 10 2005 050 705 A1 ist ein anderes Federkraftsystem mit einer Anordnung der Art bekannt, dass die Kontaktkraftfeder
zwischen einem Befestigungspunkt an der Schaltwelle und der Abstützung liegt, wobei
die Abstützung relativ zur Schaltwelle auf einem Kreisbogen längsverschiebbar geführt
wird.
[0009] Im Einzelnen liegt die mechanische Lebensdauer von Leistungsschaltern, welche mit
Luftschaltern und einer mechanischen Betätigung ausgestattet sind, zwischen einigen
tausend und höchstens einigen zehntausend Schaltvorgängen und deren elektrische Lebensdauer
ist deutlich kürzer, was hauptsächlich auf die Bildung starker Lichtbögen zurückzuführen
ist, welche die Kontakte stark verschleißen. In der Kombination der mechanischen Betätigung
mit Vakuumschaltern erhöht sich die elektrische Lebensdauer deutlich und erreicht
in der Praxis die gleiche Größenordnung der mechanischen Lebensdauer. In beiden Fällen
erfordert die Sicherstellung der mechanischen Lebensdauer die strikte Ausführung eines
komplexen Wartungsprogramms während der Betriebszeit des Leistungsschalters, um die
für mechanische Systeme typischen Verschleiß- und Alterungserscheinungen zu korrigieren.
Ein derartiges Wartungsprogramm erfordert natürlich vorübergehende Außerbetriebnahmen,
die einen Arbeits-und Zeitaufwand erfordern, der besonders bei Anwendungen ins Gewicht
fällt, in denen der Schutz vor unvorhergesehenen Unterbrechungen wesentlich ist, wie
bei industriellen Prozessen.
[0010] Es muss beachtet werden, dass federkraftbetätigte Schaltvorrichtungen vom Prinzip
her sehr komplex und sperrig sind; die mechanische Energie, die sie aufwenden müssen,
ist proportional zu den verschiedenen elektrischen Leistungsanforderungen ihres Einsatzes,
zum Beispiel erfordert die Trennfähigkeit bei Kurzschlüssen, Nennströmen usw. lange
und komplexe Prüf- und Eichvorgänge.
[0011] Zwischen Schließstellung und Offenstellung nimmt eine federkraftbetätigte Schaltvorrichtung
einen Kipp-Punkt ein. Beiderseits des Kipp-Punkts nehmen die Federkräfte ab; im Kipp-Punkt
sind sie maximal. Der Arbeitsbereich und die Kräfte der Federn sind daher relativ
groß, wobei die Kontaktkraft in der Schließstellung relativ klein ist. Die Kontaktkraft
sollte jedoch einen Mindestwert nicht unterschreiten. Die Abstimmung zwischen Hebelarmlängen,
Federabmessungen, Federkräften, Kontaktkraft und Lagerpunkten bedingt, dass für eine
optimale Einstellung enge Abmessungen der genannten Größen in federkraftbetätigten
Schaltvorrichtungen eingehalten werden müssen. Häufig stehen dem Hersteller nur bestimmte
Federtypen zur Verfügung, was bedeutet, dass der Bauraum für ein Kontaktsystem nicht
optimal gestaltet werden kann.
[0012] Der Zweck dieser Erfindung ist einen Niederspannungs-Leistungsschalter bereitzustellen,
der die Schließstellung und Offenstellung auf eine kostengünstige Weise sicherstellt,
was bessere Parameter für eine optimale Einstellung liefert, und bei dem eine bessere
Abstimmung zwischen Kräften und Abmessungen möglich ist.
Zusammenfassung der Erfindung
[0013] Die Erfindung bietet ein Kontaktsystem für einen Niederspannungsschalter, bestehend
aus einem Kontaktarm, der mit einem Drehzapfen drehbar gelagert ist, all dies mindestens
für einen Pol in einem Schaltergehäuse enthalten. Der wesentliche Kern der Erfindung
besteht darin, dass der Kontaktarm und seine unmittelbare Nachbarschaft jeweils mit
mindestens einem Magneten derart ausgestattet sind, dass mindestens ein erster Magnet
am Kontaktarm und mindestens ein zweiter Magnet in seiner Nachbarschaft in einer Stellung
mit maximaler magnetischer Wechselwirkung angeordnet sind, wenn sich der Kontaktarm
in einer Schließstellung befindet, um die Schließstellung sicherzustellen und in einer
Stellung mit maximaler magnetischer Wechselwirkung angeordnet sind, wenn der Kontaktarm
in eine Offenstellung gebracht ist, um die Offenstellung sicherzustellen.
[0014] Die Wechselwirkungsstellung ist jeweils als Stellung mit maximaler Abstoßung oder
als Stellung mit maximaler Anziehung ausgestaltet.
[0015] Die mit den mindestens ersten Magneten wechselwirkenden zweiten Magnete befinden
sich in der unmittelbaren Nachbarschaft des Kontaktarms. Erfindungsgemäß soll der
Ort der unmittelbaren Nachbarschaft ein Ort an mindestens einer Fläche des Schaltergehäuses
sein, oder der Ort der unmittelbaren Nachbarschaft soll ein Schaltwellensegment sein.
Wobei hier die dem Kontaktarm zugewandten Innenflächen des Schaltwellensegments infrage
kommen. Soweit die Lage der zweiten Magnete nicht einschränkend beansprucht ist, soll
jeder geeignete Ort in unmittelbaren Nachbarschaft des Kontaktarms als beansprucht
gelten.
[0016] Erfindungsgemäß werden die Schließstellung und die Offenstellung des Schalters mit
magnetischen Kräften statt mit Federkräften hergestellt. Dies ermöglicht nicht nur
eine kompaktere und deshalb kostengünstigere, sondern auch eine zuverlässigere Vorrichtung.
Außerdem üben Magnete im Unterschied zu Federn keine Reibungskräfte aus, die es zu
überwinden gilt. Somit tritt auch kein reibungsbedingter Abrieb auf Die bei federkraftbelasteten
Schaltsystemen angesprochenen Nachteile können überwunden werden.
[0017] Die ersten und die zweiten Magnete sind derart angeordnet, dass bei Aktivierung des
Übergangs von einer Schließstellung in eine Offenstellung und zurück ein Bereich höchster
magnetischer Wechselwirkung (Abstoßung oder Anziehung) überwunden wird. In Wechselwirkung
mit dem mindestens einen ersten Magneten können ein, zwei oder vier zweite Magnete
angeordnet sein.
[0018] Das Kontaktsystem ist entweder als Doppelkontakt oder als Einfachkontakt ausgebildet
.
[0019] Es kann von Vorteil sein, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung das
Kontaktsystem in einer Schaltwelle angeordnet ist und der Drehzapfen sich in deren
Zentrum befindet. Mit solch einer Anordnung können Komponenten bereits vorhandener
Schalter verwendet werden.
[0020] In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung werden für das Kontaktsystem
Permanentmagnete eingesetzt. Permanentmagnete sind aus anderen technischen Bereichen
bekannt; sie bestehen aus hartmagnetischen Werkstoffen, die ihre Magnetisierung aufrechterhalten.
Ein Permanentmagnet erzeugt normalerweise ein starkes Magnetfeld mit geringer Masse
und ist gegen entmagnetisierende Effekte relativ resistent. Die gewünschten Eigenschaften
solcher Magnete werden typischerweise mittels der Remanenz und Koerzitivkraft der
Magnetwerkstoffe definiert.
[0021] Der Kontaktarm enthält eine Verlängerung oder Abwinklung, an dem mindestens ein erster
Magnet angeordnet ist, wobei die Verlängerung oder Abwinklung quer zur Längserstreckung
des Kontaktarms ausgebildet ist. In bevorzugter Ausführung kann die Abwinklung quer
zur Längserstreckung des Kontaktarms ausgebildet sein. Verlängerung oder Abwinklung
können die Anordnung des Kontaktsystems vereinfachen. Die Anordnung kann in ihrer
Längsform und Ausrichtung an den Rest der Konstruktion angepasst werden.
[0022] Es kann günstig sein, wenn die Verlängerung über den Drehzapfen hinausragt. Die Verlängerung
kann nach dem Kontaktarm ausgerichtet sein oder eine andere Ausrichtung (eine Abwinklung)
haben, zum Beispiel quer zum Kontaktarm.
[0023] Des Weiteren kann eine Abwinklung auch im mittleren Bereich des Kontaktarms beginnen
und sich kreisförmig entfalten.
[0024] Bei einer Anordnung des ersten Magneten des Kontaktarms, der so ausgerichtet ist,
dass seine Pole senkrecht zur von der Bewegung des Kontaktarms aufgespannten Ebene
weisen, gibt es mindestens folgende erfindungsgemäße Situationen für Anordnungen eines
oder mehrerer zweiter Magnete.
- 1. Situation - Je ein zweiter Magnet liegt in zum ersten Magneten abstoßender oder
anziehender Ausrichtung beiderseits der von der Bewegung des Kontaktarms aufgespannten
Ebene.
- 2. Situation - Zwei zweite Magnete liegen in zum ersten Magneten abstoßender oder
anziehender Ausrichtung einerseits der von der Bewegung des Kontaktarms aufgespannten
Ebene.
- 3. Situation - Mindestens ein zweiter Magnete liegt in zum ersten Magneten abstoßender
oder anziehender Ausrichtung in der von der Bewegung des Kontaktarms aufgespannten
Ebene.
[0025] Weiterhin können die Pole des ersten Magneten des Kontaktarms in Richtung der Verlängerung
oder Abwinklung ausgerichtet sein. Über die Verlängerung oder Abwinklung hinaus in
der von der Bewegung des Kontaktarms aufgespannten Ebene kann dann mindestens ein
zweiter Magnet in abstoßender oder anziehender Ausrichtung vorgesehen sein.
[0026] Magnetfeldstärke und Koerzitivfeldstärke der Magnete sind derart vorgegeben, dass
diese Magneteigenschaften die Schließstellung und die Offenstellung sicher gewährleisten.
[0027] Wie bereits erwähnt, werden in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung Permanentmagnete
verwendet. Noch bevorzugter sind Seltenerdmagnete. Hauptvertreter dieser Art von Magneten
sind NdFeB- und SmCo-Magnete, die aus Werkstoffen aus der Elementgruppe der Seltenen
Erden bestehen. Neodym-Eisen-Bor (allgemeine Zusammensetzung Nd
2Fe
14B, oft mit NdFeB abgekürzt) ist der modernste der magnetischen Werkstoffe. Bei Raumtemperatur
sind die NdFeB-Magnete die stärksten Dauermagnete. Samarium Cobalt wird in zwei Zusammensetzungen
hergestellt: Sm
1Co
5 und Sm
2Co
17 - oft als SmCo 1:5 5 oder SmCo 2:17 Typen bezeichnet. 2:17 Typen, mit höherer Koerzitivfeldstärke,
bieten eine größere inhärente Stabilität als die 1:5 Typen.
[0028] Neben erste und zweite Magnete können weitere magnetisierbare Elemente derart angeordnet
sein, so dass ein erstes magnetisierbares Element in der Schließstellung des Kontaktsystems
vom Magnetfeld des ersten Magneten und ein anderes magnetisierbares Element in der
Offenstellung des Kontaktsystems vom Magnetfeld des ersten Magneten jeweils maximal
durchflutet wird und wobei die weiteren magnetisierbaren Elemente Weicheisenteile
oder Permanentmagnete sein können.
[0029] Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt ist ein Verfahren zur Sicherstellung der Schließstellung
und der Offenstellung eines Niederspannungsschalters, indem ein Kontaktarm über einen
Drehzapfen drehbar gelagert ist, mit mindestens einem Pol in einem Schaltergehäuse.
Hierbei wird eine Offenstellung und/oder Schließstellung vor und nach der Öffnung
des Kontaktarms durch Magnete sichergestellt.
[0030] In dem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kontaktarm ohne Drehung der
Schaltwelle in die Offenstellung gebracht, wobei der Kontaktarm den Bereich höchster
Abstoßung oder höchster Anziehung überwindet. Der Punkt höchster Abstoßung oder höchster
Anziehung entspricht dem aus federkraftbetätigten Systemen bekannten Kipp-Punkt. Noch
stärker bevorzugt ist die Überwindung des Bereichs höchster Abstoßung oder höchster
Anziehung mittels einer elektrodynamisch veranlassten Öffnungskraft.
[0031] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung werden der Kontaktarm und
die Nachbarschaft des Kontaktarms mit mindestens einem Magneten auf die Weise ausgestattet,
dass mindestens ein Magnet des Kontaktarms und mindestens ein Magnet in der Nachbarschaft
des Kontaktarms in einer Abstoßstellung oder in einer Anziehungsstellung angeordnet
sind, wenn sich der Kontaktarm in einer Schließstellung befindet, um die Schließstellung
abzusichern und so dass sie in einer Abstoßstellung oder in einer Anziehungsstellung
angeordnet sind, wenn der Kontaktarm in eine Offenstellung ohne Drehung der Schaltwelle
gebracht wird, wobei der Kontaktarm den Bereich höchster Abstoßung oder den Bereich
höchster Anziehung überwindet.
[0032] Die verschiedenen genannten Merkmale der Erfindung können einzeln oder in geeigneter
Kombination miteinander realisiert sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0033] Die oben erwähnten Aspekte, Leistungsmerkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand
der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen veranschaulicht, die zusammen
mit folgenden Bildern zu lesen sind.
FIG. 1 schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Kontaktsystems
in einem AUS-Zustand;
FIG. 2 schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Kontaktsystems
in einem dynamisch aufgeschleuderten AUS-Zustand;
FIG. 3A ist eine schematische Darstellung eines Kontaktsystems im EIN-Zustand;
FIG. 3B ist die schematische Draufsicht des Kontaktsystems nach FIG. 3A;
FIG. 4 ist eine schematische Darstellung einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung
eines Kontaktsystems im AUS-Zustand;
FIG. 5A und 5B sind Darstellungen im dynamisch aufgeschleuderten AUS-Zustand;
FIG. 6A ist eine schematische Darstellung eines Kontaktsystems ähnlich wie Figuren
4 und 5 im EIN-Zustand;
FIG. 6B ist eine schematische Draufsicht des Kontaktsystems gemäß 6A;
FIG. 7A und 7B zeigt eine weitere Möglichkeit der Magnetanordnung;
FIG. 8 ist eine Darstellung mit einer alternativen Form der Verlängerung des Kontaktarms;
und
FIG. 9A und 9B sind Darstellungen einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung mit
Eisenteile in den Endlagen zur Kraftverstärkung.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0034] Die folgende Figurenbeschreibung bezieht sich auf Ausführungsformen der Erfindung,
wo der Kontaktarm in einer Schaltwelle drehbar gelagert ist. Die Lage des mindestens
ersten Magneten ist eine Lage am oder im Kontaktarm oder einer Abwinklung vom Kontaktarm.
Die Anordnung der mit den mindestens ersten Magneten wechselwirkenden zweiten Magnete
in der unmittelbaren Nachbarschaft des Kontaktarms ist in den Figuren als Anordnung
der zweiten Magnete in der Schaltwelle (im Schaltwellensegment) dargestellt. Es ist
erwähnt worden und soll erfindungsgemäß beansprucht sein, dass die zweiten Magneten
auch an einer Fläche des Schaltergehäuses angeordnet sein können. Diese Alternative
ist in den Figuren nicht wiedergegeben.
[0035] Die Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführung eines
Kontaktsystems im AUS-Zustand, wobei die Schaltwelle mit einem Teilschnitt dargestellt
ist. Der Kontaktarm 10 liegt an einer Anschlagfläche 17 in der Schaltwelle an.
[0036] Man sieht, dass ein als Bewegtkontakt ausgebildeter Kontaktarm 10 über einen Drehzapfen
13 an der Schaltwelle 14 montiert ist. Diese Anordnung enthält mindestens einen Pol
(8, 11) in einem Schaltergehäuse. Der Schalter kann mit jedem bekannten Öffnungsmechanismus
betätigt werden. Erfindungsgemäß sind der Kontaktarm 10 und die Schaltwelle 14 jeweils
mit mindestens einem Magneten ausgestattet. Gemäß der Ausführung der Fig. 1 ist ein
erster Magnet 20 auf einer Verlängerung 12 des Kontaktarms 10 angebracht. Die Verlängerung
ist im Bereich des Drehzapfens 13 etwa rechtwinklig vom Kontaktarm abgewinkelt. Je
ein zweiter Magnet 18 ist in gegenseitiger Abstoßstellung an je einer Innenseite der
Schaltwelle 14 angebracht. Der Magnet 20 kann in einer Durchbrechung oder in einem
Fenster der Verlängerung 12 eingebracht sein.
[0037] Jeweils rechts neben den Hauptzeichnungen der Figuren ist eine Detailzeichnung (senkrecht
zur jeweiligen Draufsicht, also von oben auf den Kontaktarm) der Stellung der Magnete
zu finden. Die Magnete sind in ihrer Polarität gezeigt. F bezeichnet die resultierende
Kraft.
[0038] In Fig. 1 ist die Schaltwelle 14 nach rechts gedreht. Der Anschlag 17 in der Schaltwelle
hindert den Kontaktarm 10 in seiner Bewegung. Wenn nun das Kontaktsystem in den EIN-Zustand
gebracht wird - dargestellt über die Fig. 2 zur Fig. 3 - wird die Schaltwelle nach
links gedreht, bis der Kontaktarm 10 in eine Schließstellung kommt. Wegen der Abstoßkraft
der zwei Magnete 18, 20 ist die Schließstellung im EIN-Zustand (Fig. 3A) sichergestellt.
[0039] Fig. 2 zeigt die Ausführung in einem ausgeschalteten Zustand. Das heißt, dass der
Kontakt durch eine elektrodynamisch veranlasste Öffnungskraft in die Offenstellung
"getrieben" worden ist. Dies bedeutet auch, dass sich das Kontaktsystem anfänglich
in einem EIN-Zustand befunden hat. Die elektrodynamisch veranlasste Öffnungskraft
lässt die Verlängerung 12 des Kontaktarms 10 den Magneten 20 an der Schaltwelle 14
außer Kraft setzen. Aufgrund der Anordnung der Magnete 20, 18 wird nun die Offenstellung
des Kontaktarms 14 durch die in Abstoßungsstellung befindlichen Magnete 20, 18 sichergestellt.
[0040] Mit andern Worten wird der für mindestens einen Pol in einem Schaltergehäuse untergebrachte
Kontaktarm 10, der mit einem Drehzapfen 13 an einer Schaltwelle 14 montiert ist, vor
und nach einem veranlassten Öffnungsvorgang des Kontaktarms 10 in einer Offenstellung
und/oder Schließstellung gehalten.
[0041] Nach einer bevorzugten Ausführung wird dies dadurch erreicht, dass der Kontaktarm
10 ohne Drehung der Schaltwelle 14 und des Kontaktarms 10 in eine Offenstellung gebracht
wird, oder genauer gesagt dadurch, dass die Verlängerung 12 des Kontaktarms 10 einen
Bereich höchster magnetischer Wechselwinkung (gemäß Figur höchste Abstoßung) überwindet.
[0042] Aus den Figuren ist jeweils ersichtlich, dass die Schaltwelle 14 eine Scheibenform
hat und dass der Drehzapfen 13 zentral angeordnet ist.
[0043] Die verwendeten Magnete 20, 18 sind Permanentmagnete, zum Beispiel Seltenerdmagnete
aus Eisen-Bor, wie NdFeB-Magnete oder SmCo-Magnete.
[0044] Wie in den Detailzeichnungen zu Fig. 1, 2, und 3A ersichtlich, ist der erste Magnet
20 des Kontaktarms 10 so ausgerichtet, dass ein Pol des ersten Magneten 20 zur ersten
Seite der Schaltwelle 14 und der andere Pol zu einer anderen Seite der Schaltwelle
14 weist. Beiderseits der Ebene, die vom Kontaktarm überstrichen wird liegen, dem
Magneten 20 des Kontaktarms 10 wesentlich entgegenwirkend, je ein zweiter Magnet 18
in abstoßender Anordnung. In Fig. 3B wird die Schaltwelle 14 in Draufsicht dargestellt.
Die zweiten Magnete 18 liegen an den zum Kontaktarm gerichteten Innenseiten des Schaltwellensegments.
[0045] Der Kontaktarm 10 und somit auch seine Verlängerung 12 und die Schaltwelle 14 sind
jeweils mit mindestens einem Magneten 20, 18 derart ausgestattet, dass mindestens
ein erster Magnet 20 an der Verlängerung 12 des Kontaktarms 10 und mindestens ein
zweiter Magnet 20 an der Schaltwelle 14 in einer Abstoßstellung angeordnet sind, wenn
sich der Kontaktarm 10 in einer Schließstellung befindet, um die Schließstellung sicherzustellen.
Sie sind auch dann in einer Abstoßstellung angeordnet, wenn der Kontaktarm 10 in eine
Offenstellung gebracht wird, ohne die Schaltwelle 14 zu drehen und nach Überwindung
des Bereichs höchster Abstoßung durch die Verlängerung 12 des Kontaktarms 10.
[0046] Bei den Darstellungen in den Figuren 3A bis 6B wirken die Magnete anziehend und erlauben
eine gute Abstimmung bei großen Kontaktöffnungsstrecken, weil die Kräfte in den Endlagen,
wegen der kleinen magnetischen Luftstrecken exakt eingestellt werden können.
[0047] Die Fig. 3A zeigt eine schematische Darstellung eines Kontaktsystems gemäß Fig. 1
im EIN-Zustand.
[0048] Die Abbildungen 4, 5A, 5B, 6A und 6B stellen eine andere erfindungsgemäße Ausführung
des Kontaktsystems dar, wobei die Stellungen des Kontakts in der Fig. 4 der Stellung
in Fig. 1, die Fig. 5A der Fig. 2 und die Figuren 6A, 6B den Figuren 3A, 3B entsprechen.
Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, das große Öffnungsstrecken überwunden
werden können und die Kräfte in den AUS- und EIN-Stellungen durch kleine Abstände
der Magnete genau einstellbar sind. Die Magnete 18" befinden sich in anziehender Stellung
zum Magneten 20 in der Verlängerung (Abwinklung) 12 des Kontaktarms.
[0049] Die zweiten Magnete 18", die gegenüber dem Magnet des Kontaktarms räumlich fest angeordnet
sind, können bei allen Varianten gemäß der Figuren 1 bis 9 einseitig oder beidseitig
vom Magneten 20 angeordnet sein. Hierzu soll auf die Figuren 5 und 6 verweisen werden.
In Fig. 5A, 5B sind zwei Magnete 18" in einseitiger Nachbarschaft des Magneten 20
angeordnet. In den Fig. 6A, 6B sind zwei Magnete 18" auf der einen Seite des Kontaktarms
und zwei Magnete 18" auf der anderen Seite des Magneten 20 dargestellt. Die zweiten
Magnete 18" befinden sich also in beiderseitiger Nachbarschaft des Kontaktarms 10,
bzw. seiner Abwinklung 12. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Magnetkräfte
in Querrichtung sich kompensieren und neutralisieren.
[0050] In der Ausführung gemäß Fig. 7 ist die Polarität des Magneten 20 der Verlängerung
12 parallel zur Verlängerung 12 und in Richtung der Peripherie der Schaltwelle 14
ausgerichtet. An der Peripherie der Schaltwelle 14 steht ein zweiter Magnet 18 in
abstoßender Anordnung, welcher in der Schaltwelle angebracht ist.
[0051] Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt, ebenfalls
in einer AUS-Stellung. In dieser Ausführung ist die Verlängerung des Kontaktarms 10
auf eine andere Weise angeordnet. Hier beginnt die Verlängerung 12' im mittleren Bereich
des Kontaktarms und entfaltet sich kreisförmig. Die drei Magnete (20, 18''') liegen
auf unterschiedlichem Abstand zum Drehpunkt 13 des Kontaktarms. Die Verlängerung 12'
des Kontaktarms 10 kann sich zwischen den beiden Magneten 18''' hindurchbewegen, im
Gegensatz zu den Anordnungen der Figuren 1 bis 7. Gemäß Fig. 8 befinden sich die drei
Magnete in der Ebene, die vom Kontaktarm überstrichen wird. In den Ausführungsformen
der Fig. 1 bis 7 liegen die beteiligten Magnete mindestens in zwei Ebenen, die sich
parallel zur Ebene aufspannen, die vom Kontaktarm überstrichen wird.
[0052] Die Fig. 9A und 9B zeigen magnetisierbare Elemente in der Schaltwelle. Die magnetisierbaren
Elemente können Weicheisenteile 19 oder auch weitere Magnete (statt Eisenteile) sein.
Die magnetisierbaren Elemente in der Schaltwelle sind derart angeordnet, dass ein
erstes magnetisierbares Element in der Schließstellung des Kontaktsystems vom Magnetfeld
des ersten Magneten 20 und ein anderes magnetisierbares Element in der Offenstellung
des Kontaktsystems vom Magnetfeld des ersten Magneten 20 jeweils maximal durchflutet
wird. Die entsprechenden Positionen der Elemente und die resultierende Kraft ist in
der Detaildarstellung rechts neben der Hauptzeichnung von Fig. 9A erkennbar. Die Fig.
9B ist schematisch die Draufsicht des Kontaktsystems nach FIG. 9A.
[0053] Erfindungsgemäß verwendet der Leistungsschalter Magnete, vorzugsweise Permanentmagnete,
statt Kontaktkraftfedern. Die Magnete werden mit abstoßender oder anziehender Wirkung
angeordnet. Ein oder mehrere erste Magnete werden auf einem mit einer Verlängerung
(oder Abwinklung) versehenen Kontaktmittel angebracht, vorzugsweise an einem Kontaktarm,
falls zutreffend. Der andere oder die übrigen zweiten Magnete werden in der Nachbarschaft
des Kontaktarms, vorzugsweise in einer Schaltwelle angebracht. Wenn sich die Schaltwelle
bewegt, dann erfährt aufgrund der Anordnung der Magnete und der magnetischen Wechselwirkung
auch das Kontaktmittel (der Bewegtkontakt) einen Impuls und bewegt sich entsprechend.
[0054] Wenn sich der Kontaktarm im EIN-Zustand befindet, wird eine Kontaktkraft angelegt,
um die Kontakte mit einer Abstoßungskraft (Anziehungskraft) geschlossen zu halten.
Ist der Kontakt geöffnet, dann überwinden der oder die ersten Magnete des Kontakts
den oder die zweiten Magnete des Kontaktarms und die Abstoßung (Anziehung) wirkt dann
in die Gegenrichtung, das heißt die Abstoßkraft (Anziehungskraft) der Magnete hält
den Kontakt offen.
[0055] Die Figuren zeigen jeweils ein Kontaktsystem mit einem Festkontakt und einen als
einarmigen Kontaktarm ausgebildeten Bewegtkontakt. Es handelt sich um einen Einfachkontakt.
Es sei hervorgehoben, dass die Erfindung auch eingerichtet sein kann, wenn der Bewegtkontakt
ein Doppelkontakt ist. Der doppelarmige Kontaktarm eines Doppelkontakts weist zwei
Bewegtkontaktstücke auf und erstreckt sich dabei beiderseits seines Drehpunkts. Die
beiden Bewegtkontaktstücke des Kontaktarms gelangen mit je einem Festkontaktstück
in Schließstellung.
Bezugszeichen
[0056]
- 8
- Festkontaktstück, Laufschiene
- 10
- Kontaktarm, Kontaktmittel
- 11
- Bewegtkontaktstück
- 12
- Verlängerung Kontaktarm gewinkelt
- 12'
- Verlängerung Kontaktarm gebogen
- 13
- Drehzapfen
- 14
- Schaltwelle, Schaltwellensegment
- 20
- erster Magnet an Kontaktarm oder an Verlängerung
- 17
- Anschlag in Schaltwelle
- 18 18' 18"'
- zweite Magnete in Nachbarschaft
- 19
- Eisenteile, oder weitere Magnete in Nachbarschaft
- 30
- Litze
- F
- F resultierende Kraft aus Magnetstellung
1. Kontaktsystem für einen Niederspannungsschalter, ausgestattet mit einem Kontaktmittel,
vorzugsweise einem als Kontaktarm (10) ausgebildeten Bewegtkontakt, mittels eines
Drehzapfens (13) drehbar gelagert, für mindestens einen Pol in einem Schaltergehäuse,
in dem der Schalter betätigt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (10) und seine unmittelbare Nachbarschaft (14) jeweils mit mindestens
einem Magneten derart ausgestattet sind, dass mindestens ein erster Magnet (20, 20')
am Kontaktarm (10) und mindestens ein zweiter Magnet (18, 18') in der Nachbarschaft
(14) in einer Stellung mit maximaler magnetischer Wechselwirkung angeordnet sind,
wenn sich der Kontaktarm (10) in einer Schließstellung befindet, um die Schließstellung
sicherzustellen und wenn der Kontaktarm (10) in eine Offenstellung gebracht ist, um
die Offenstellung sicherzustellen.
2. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselwirkungsstellung als Stellung mit maximaler Abstoßung oder als Stellung
mit maximaler Anziehung ausgestaltet ist.
3. Kontaktsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (20) und die zweiten Magnete (18, 18', 18"') derart angeordnet sind, dass
bei Aktivierung des Übergangs von einer Schließstellung in eine Offenstellung ein
Bereich höchster magnetischer Wechselwirkung als Abstoßung oder als Anziehung überwunden
wird.
4. Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (10) im Schaltergehäuse oder in einer Schaltwelle (14) des Schutzschalters
gelagert ist, wobei der Drehzapfen (13) bezüglich der Schaltwelle (14) mittig angeordnet
ist.
5. Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem entweder als Doppelkontakt oder als Einfachkontakt ausgebildet
ist.
6. Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (10) eine Verlängerung oder Abwinklung (12, 12') enthält, an dem mindestens
ein erster Magnet (20) angeordnet ist.
7. Kontaktsystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwinklung (12) quer zur Längserstreckung des Kontaktarms (10) ausgebildet ist.
8. Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Wechselwirkung mit dem ersten Magneten (20) zwei oder vier zweite Magnete (18")
angeordnet sind.
9. Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnet (20) des Kontaktarms (10) so ausgerichtet ist, dass die Pole des
ersten Magneten (20) senkrecht zur von der Bewegung des Kontaktarms (10) aufgespannten
Ebene weisen, und dass je ein zweiter Magnet (18, 18') in zum ersten Magneten (20)
abstoßender oder anziehender Ausrichtung beiderseits der von der Bewegung des Kontaktarms
(10) aufgespannten Ebene liegt.
10. Kontaktsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnet (20) des Kontaktarms (10) so ausgerichtet ist, dass die Pole des
ersten Magneten (20) senkrecht zur von der Bewegung des Kontaktarms (10) aufgespannten
Ebene weisen, und dass zwei zweite Magnete (18, 18') in zum ersten Magneten (20) abstoßender
oder anziehender Ausrichtung einerseits der von der Bewegung des Kontaktarms (10)
aufgespannten Ebene liegen.
11. Kontaktsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnet (20) des Kontaktarms (10) so ausgerichtet ist, dass die Pole des
ersten Magneten (20) senkrecht zur von der Bewegung des Kontaktarms (10) aufgespannten
Ebene weisen, und dass mindestens ein zweiter Magnete (18, 18') in zum ersten Magneten
(20) abstoßender oder anziehender Ausrichtung in der von der Bewegung des Kontaktarms
(10) aufgespannten Ebene liegt.
12. Kontaktsystem gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole des ersten Magneten (20) des Kontaktarms (10) in Richtung der Verlängerung
oder Abwinklung (12) ausgerichtet sind, und dass über die Verlängerung oder Abwinklung
(12) hinaus in der von der Bewegung des Kontaktarms (10) aufgespannten Ebene mindestens
ein zweiter Magnet (18) in abstoßender oder anziehender Ausrichtung vorgesehen ist.
13. Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben erste (20) und zweite Magnete (18) weitere magnetisierbare Elemente (19) derart
angeordnet sind, dass ein erstes magnetisierbares Element in der Schließstellung des
Kontaktsystems vom Magnetfeld des ersten Magneten (20) und ein anderes magnetisierbares
Element in der Offenstellung des Kontaktsystems vom Magnetfeld des ersten Magneten
(20) jeweils maximal durchflutet wird und wobei die weiteren magnetisierbaren Elemente
Permanentmagnete sein können.
14. Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste (20) und zweite Magnete (18) Permanentmagnete, insbesondere Seltenerdmagnete
sind.
15. Verfahren zur Sicherstellung der Schließstellung und/oder Offenstellung eines Niederspannungsschalters,
mit einem als Bewegtkontakt ausgebildeten Kontaktarm (10), der über einen Drehzapfen
(13) drehbar gelagert ist, für mindestens einen Pol in einem Schaltergehäuse, in dem
der Schalter betätigt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine Offenstellung und/oder eine Schließstellung des Kontaktarms (10) durch den Einsatz
von Magneten (20, 18) hergestellt wird.
16. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (10) in eine Offenstellung ohne Drehung der Schaltwelle (14) gebracht
wird und ein erster am Kontaktarm (10) angeordneter Magnet einen Bereich höchster
Abstoßung oder einen Bereich höchster Anziehung überwindet.
17. Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwindung des Bereichs höchster Abstoßung oder höchster Anziehung mittels elektrodynamisch
veranlasster Öffnungskraft erwirkt wird.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (10) und die Nachbarschaft des Kontaktarms (14) jeweils mit Magnete
(18, 20) ausgestattet sind, und zwar so, dass mindestens ein erster Magnet (20) des
Kontaktarms (10) und mindestens ein mit mindestens einem ersten Magneten in Wechselwirkung
stehender zweite Magnet (18, 18') der Nachbarschaft (14) in einer Stellung mit maximaler
magnetischer Wechselwirkung angeordnet ist, wenn sich der Kontaktarm (10) in einer
Schließstellung befindet, um die Schließstellung sicherzustellen und sich außerdem
in einer Stellung mit maximaler magnetischer Wechselwirkung befindet, wenn der Kontaktarm
(10) in eine Offenstellung gebracht wird und nach Überwindung eines Bereichs höchster
Abstoßung oder eines Bereichs höchster Anziehung durch den Kontaktarm (10).